Bài giảng Kiến trúc máy tính (TS. Hoàng Xuân Dậu) Chương 7

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS Giảng viên: TS Hoàng Xuân Dậu Điện thoại/E-mail: dau@ekabiz.vn Bộ mơn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1 Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ năm học 2009-2010 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS NỘI DUNG www.ptit.edu.vn Giới thiệu hệ thống bus Bus ISA Bus EISA Bus PCI Bus AGP Bus PCI Express Câu hỏi ơn tập GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.1 Giới thiệu hệ thống bus  Bus hệ thống (subsystem) có nhiệm vụ truyền liệu phận máy tính;  Một hệ thống bus thường bao gồm thành phần:  Bus địa (Address bus - A Bus)  Bus liệu (Data bus - D Bus)  Bus điều khiển (Control bus - C Bus)  Một số loại bus thông dụng:      ISA, EISA PCI AGP PCI Express (hoặc PCIe) USB www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.1 Giới thiệu hệ thống bus – Nguyên lý www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.1 Giới thiệu hệ thống bus – Hiện đại www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.2 Bus ISA  Bus ISA IBM phát triển năm 1981  Băng thông: bit (máy XT) 16 bit (máy AT)  Số thiết bị max kết nối:  Xung nhịp hoạt động: 4, 6, 8MHz www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.2 Bus ISA www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.3 Bus EISA  EISA mở rộng bus ISA đời vào năm 1988  Băng thông: 32 bits  EISA tương thích với thiết bị ISA 16 bit  Số lượng thiết bị: 1/khe cắm  Xung nhịp: 8.33MHz  Tốc độ truyền liệu: 33MB/s www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.3 Bus EISA www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) Intel phát triển năm 1993  Băng thông: 32 64 bits  Tốc độ truyền liệu:  133 MB/s (32bit, 33MHz)  266 MB/s (32bit, 66MHz 64bit, 33MHz)  533 MB/s (64bit, 66MHz) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI – Các tín hiệu  Các tín hiệu khởi tạo giao dịch:  REQ#: Initiator (bên khởi tạo) gửi tín hiệu yêu cầu bus  GNT#: Arbiter (bộ Tuỳ chọn) gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus  Các tín hiệu điều khiển giao dịch :      FRAME#: Bắt đầu chu kỳ bus IRDY#: Initiator sẵn sàng DEVSEL#: Target xác nhận bắt đầu giao dịch TRDY#: Target sẵn sàng STOP#: Dừng giao dịch www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 14 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI – Các pha giao dịch  Một giao dịch PCI (một phiên truyền liệu bus PCI – transaction) thường gồm giai đoạn:  Arbitration (pha tuỳ chọn): khởi tạo giao dịch  Address (pha địa chỉ): xác định địa bên tham gia giao dịch  Data (pha liệu): truyền liệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 15 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI – Pha Tuỳ Chọn  Thiết bị PCI (Initiator) gửi tín hiệu REQ# đến Arbiter yêu cầu sử dụng bus  Nếu bus rỗi, Arbiter gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# đến Initiator  Nếu bus bận, yêu cầu sử dụng bus đưa vào hàng đợi  Tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# bị Arbiter huỷ thời điểm  Thiết bị PCI cấp tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# bắt phiên truyền liệu bus rỗi www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 16 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI – Pha Địa Chỉ  Thiết bị PCI (Initiator) có tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# bắt đầu giao dịch PCI việc gửi tín hiệu FRAME# gửi địa thiết bị đích lệnh liên quan (Read/Write)  Mỗi thiết bị PCI kiểm tra địa lệnh kèm theo để xác định có phải thiết bị đích hay khơng Thiết bị đích (có địa trùng với địa gửi Initiator) gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# đến Initiator  Thiết bị đích phải gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# thời gian chu kỳ đồng hồ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 17 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI – Pha Địa Chỉ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 18 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.4 Bus PCI – Pha Dữ Liệu  Sau pha địa (khi tín hiệu DEVSEL# mức thấp) pha liệu  Kết thúc pha liệu, thiết bị đích gửi tín hiệu STOP# www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 19 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.5 Bus AGP  Bus AGP Intel phát triển năm 1993  Băng thơng: 32 bít  Tốc độ truyền liệu:     1x: 66MHz, 266MB/s 2x: 133MHz, 533MB/s 4x: 266MHz, 1066MB/s 8x: 533MHz, 2133MB/s www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 20 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.5 Bus AGP www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 21 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.5 Bus AGP – AGP Card www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 22 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.6 Bus PCI Express  Bus PCI Express (còn gọi PCIe) Intel phát triển năm 2004  Độ rộng bus theo bits: 1-32  Kiểu truyền thông: nối tiếp (điểm đến điểm)  Tốc độ truyền liệu:  Một luồng (lane): • v1.x: 250 MB/s • v2.0: 500 MB/s • v3.0: GB/s  Kênh 16 làn: • v1.x: GB/s • v2.0: GB/s • v3.0: 16 GB/s www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 23 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.6 Bus PCI Express – Khe Cắm www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 24 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.6 Bus PCI Express vs PCI Các thiết bị PCI chia sẻ bus chung, thiết bị PCI Express có kênh truyền thơng riêng thơng qua chuyển mạch Switch www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 25 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.6 Bus PCI Express – Kiến trúc  PCI Express cấu trúc từ liên kết nối tiếp điểm đến điểm;  Một cặp liên kết nối tiếp (theo chiều ngược nhau) tạo thành luồng (lane);  Các luồng định tuyến qua chuyển mạch (crossbar switch) bảng mạch chính;  Các khe cắm PCI Express vật lý chứa từ đến 32 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 26 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.6 Bus PCI Express – Kiến trúc  PCI Express sử dụng giao thức truyền nối tiếp tránh vấn đề timing skew (lệch thời gian) – yếu tố làm giảm tốc độ:  Các loại bus song song (ISA, PCI, AGP) đòi hỏi tất bit đơn vị liệu phải đến đích thời điểm;  Do vấn đề timing skew, bít đơn vị liệu khơng đến đích đồng thời gây khó khăn cho việc khơi phục đơn vị liệu;  Phương thức truyền nối tiếp không gặp phải vấn đề timing skew giao thức khơng địi hỏi tất bit đơn vị liệu phải đến đích thời điểm www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 27 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7.7 Câu hỏi ôn tập Các thành phần hệ thống bus loại bus Nguyên lý làm việc bus PCI Nguyên lý làm việc bus PCI Express www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 28 ... BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7. 4 Bus PCI – Sơ đồ khối www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC... www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 26 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7. 6 Bus PCI Express – Kiến trúc  PCI Express... www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – HỆ THỐNG BUS 7. 2 Bus ISA www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG